纳米降凝剂改性含蜡原油结构特性及其对管道启动流的影响

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuya
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在环境温度条件下,含蜡原油流动性较差,其安全输送是一个重大技术难题。在管道输送过程中常通过添加降凝剂来改善含蜡原油的低温流动性。近年来,纳米降凝剂成为主要研究热点。但是,传统上评价降凝剂改性效果的三大指标(凝点、表观黏度和屈服应力)未能充分体现对含蜡原油黏弹性、触变性等流变学特征的影响,不能较好地指导管道输送(尤其是停输再启动)过程。为此,本研究分析了EVA28和纳米降凝剂(NPPD-ICCAS#1)对含蜡原油流动性(凝点、表观黏度)和流变性(黏弹性、屈服特性和触变性)的影响,以及降凝剂改性效果的稳定性,并结合改进的Dullaert-Mewis模型,通过数值模拟分析了EVA28和该纳米降凝剂对含蜡原油管道停输再启动过程的影响。首先,研究了EVA28和纳米降凝剂(NPPD-ICCAS#1)对含蜡原油流动性和流变性的影响。针对三塘湖原油,实验所用EVA28和纳米降凝剂在降低原油凝点方面效果相当(降凝4℃);剪切率为10 s-1时,EVA改性原油的降黏率为35.5%,NPPD改性原油的降黏率为42.9%(测试温度8℃);EVA28和纳米降凝剂在降低胶凝三塘湖原油结构特性方面却存在差异。与EVA改性原油相比,纳米降凝剂可以更加显著地削弱三塘湖原油胶凝结构,表现为纳米降凝剂改性原油弹性减弱,屈服应力减小(测试温度7℃时,屈服应力降幅增加13.4%)和触变性减弱;此外,纳米降凝剂改性原油的结构形成过程平缓,结构裂降速率加快,非牛顿性减弱。其次,研究了EVA28和纳米降凝剂改性效果的稳定性。剪切温度为15℃、测试温度为12℃时,纳米降凝剂改性三塘湖原油经历60 s的1500 s-1剪切前后的表观黏度变化不大;EVA改性三塘湖原油在经历18 h的40 s-1剪切后改性效果完全消失,黏度上升率接近90%;纳米降凝剂改性三塘湖原油在经历18 h的40 s-1剪切后黏度上升率为68%。因此,与EVA28相比,该纳米降凝剂改性效果具有较好的抗剪切性能。此外,从析蜡特性和原油阻抗的角度探究了EVA28和纳米降凝剂改性机理。DSC测试发现,实验所用EVA28和纳米降凝剂均会使三塘湖原油的析蜡点升高,增幅小于1℃;通过阻抗特性实验发现,测试温度为8℃时,EVA和纳米降凝剂仅可以使三塘湖原油阻抗值减小15%。因此,EVA28和该纳米降凝剂的作用机理主要为晶核作用。最后,运用黏弹-触变模型中改进的Dullaert-Mewis模型,通过数值模拟研究了EVA28和纳米降凝剂对三塘湖原油管道停输再启动过程的影响。结果表明,测试温度为8℃时,与EVA改性原油相比,该纳米降凝剂改性原油管道的屈服前端传播速度可以增大40%,最小启动压力降低40%,管道末端见流时间缩短45%(启动压力为2 MPa)。综上所述,降凝剂改性效果的评价不能仅仅局限于凝点、表观黏度和屈服应力三大指标,必须考虑黏弹性、触变性等流变性质及其对管道输送过程(特别是管道停输再启动安全性)的影响。
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